Фамилия Малёмин образована от ласкательного прозвища Малёма. В русских семьях так могли называть младшего ребёнка, любимца или просто невысокого, хрупкого малыша — слово явно родственно древнерусскому «малый», «малец». Прозвище Малёма, скорее всего, было домашним, внутрисемейным: родители давали его ребёнку с оттенком нежности, и со временем оно закрепилось за потомком как фамилия.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная: к основе Малём- добавлен патронимический суффикс -ин. В древнерусской традиции суффикс -ин указывал на принадлежность к конкретному лицу — буквально «чей?» — «сын Малёмы». Это одна из самых старых моделей русских фамилий, характерная для имён и прозвищ, оканчивающихся на -а или -я (сравните: Ильин, Фомин, Никитин). Фамилии на -ин исторически преобладали в северных и центральных областях России, в отличие от южных и восточных регионов, где чаще использовался суффикс -ов/-ев.

Сам корень мал- дал жизнь целому гнезду фамилий: Малёмин, Малютин, Малеев, Малышев. Но Малёмин стоит особняком — уменьшительно-ласкательная форма Малёма встречается в письменных источниках реже, чем, скажем, Малыш или Малюта. Это делает фамилию более редкой и локальной. По данным исторических ономастических словарей, прозвища с суффиксом -ём(-ёма) фиксируются преимущественно в северо-западных говорах, что позволяет предположить новгородское или псковское происхождение рода.

Таким образом, носитель фамилии Малёмин — потомок человека, которого в семье ласково называли Малёмой. Никакой связи с дворянскими титулами или громкими историческими событиями здесь нет: это чисто народная, бытовая фамилия, возникшая из простого прозвища, данного по росту или возрасту.